a16z｜Quantencomputing und Blockchain: Die „Dringlichkeit“ mit realen Bedrohungen in Einklang bringen

Chainfeeds Zusammenfassung:

Dieser Artikel klärt gängige Missverständnisse im Zusammenhang mit der quantenbasierten Bedrohung auf, einschließlich der Auswirkungen auf Verschlüsselungsalgorithmen, Signaturmechanismen und Zero-Knowledge-Proofs (ZKP), und diskutiert, was diese für Blockchain-Systeme bedeuten.

Quelle:

a16z

Meinung:

a16z: Das erste reale Sicherheitsrisiko, das durch Quantencomputing entsteht, ist nicht der „Angriff der Zukunft“, sondern der Harvest Now, Decrypt Later (HNDL)-Angriff. Dabei speichern Angreifer heute verschlüsselte Kommunikation, um sie in Zukunft mit Quantencomputern zu entschlüsseln. Das bedeutet, dass hochgradig vertrauliche Kommunikation (insbesondere auf staatlicher Ebene) auch dann in der Zukunft offengelegt werden könnte, wenn sie heute nicht entschlüsselt werden kann. Für Systeme mit einem Geheimhaltungsbedarf von 10-50 Jahren oder mehr sollte daher jetzt mit der Implementierung neuer quantenresistenter Verschlüsselung begonnen werden. Diese Bedrohung gilt jedoch nicht für digitale Signatursysteme. Digitale Signaturen enthalten keine „rückwirkend entschlüsselbaren privaten Inhalte“ und es besteht kein Risiko, dass „vergangene Verifizierungen durch Quantencomputing ungültig werden“. Selbst wenn Quantencomputer in Zukunft Signaturen fälschen könnten, würde dies nur zukünftige Transaktionen und Autorisierungen betreffen, nicht aber vergangene Signaturen ungültig machen oder versteckte Informationen offenlegen. Aus dieser Logik heraus müssen die auf Blockchains am häufigsten verwendeten Signaturmechanismen (ECDSA, EdDSA) zwar in Zukunft aktualisiert werden, aber ein sofortiger Wechsel ist nicht erforderlich. Darüber hinaus unterscheidet sich das Sicherheitsmodell von zkSNARKs noch stärker von Verschlüsselung. Selbst wenn die heute verwendeten zkSNARKs auf elliptischen Kurven basieren, bleibt die Zero-Knowledge-Eigenschaft selbst gegenüber Quantenangriffen sicher, da der Beweis keine privaten Daten enthält, die durch Quantenalgorithmen wiederhergestellt werden könnten. Daher besteht bei zkSNARKs auch kein Risiko, dass archivierte Daten später entschlüsselt werden. Anders ausgedrückt: Privacy Chains sind dringlicher, Public Chains weniger, Signaturen werden später als Verschlüsselung aktualisiert, und SNARKs sind noch weniger dringend als Signaturen – das ist die tatsächliche Prioritätenreihenfolge der Quantenbedrohung in der Blockchain-Welt. Obwohl Blockchains insgesamt nicht sofort auf quantenresistente Signaturen umstellen müssen, ist Bitcoin eine Ausnahme. Der Grund ist nicht eine unmittelbar bevorstehende Quantenbedrohung, sondern die langsame Governance, die komplexe historische Transaktionsstruktur und die Tatsache, dass aktive Migrationen vom Nutzerverhalten abhängen. Erstens ändert sich das Bitcoin-Protokoll extrem langsam, und jede Änderung des Konsenses oder der Sicherheitslogik kann zu Kontroversen, Spaltungen oder sogar Hard Forks führen. Zweitens kann ein Upgrade von Bitcoin nicht automatisch alle Vermögenswerte migrieren, da die Signaturschlüssel von den Nutzern gehalten werden und das Protokoll kein Upgrade erzwingen kann. Das bedeutet, dass inaktive, verlorene oder nicht verwaltete Wallets (geschätzt mehrere Millionen BTC) dauerhaft zukünftigen Quantenangriffen ausgesetzt sein werden. Noch problematischer ist, dass Bitcoin in der Anfangszeit P2PK (Adressen mit direkt sichtbarem öffentlichen Schlüssel) verwendete, deren öffentliche Schlüssel bereits auf der Chain sichtbar sind. Quantencomputer könnten mit dem Shor-Algorithmus aus sichtbaren öffentlichen Schlüsseln direkt private Schlüssel ableiten. Das unterscheidet sich von modernen Adressmodellen (Hash-basierte Verschleierung des öffentlichen Schlüssels), bei denen der öffentliche Schlüssel erst bei einer Transaktion offengelegt wird und ein Wettlauf mit dem Angreifer im Zeitfenster möglich ist. Die Migration von Bitcoin ist daher kein einfaches technisches Problem, sondern ein langfristiges Projekt, das rechtliche Risiken (Verlust vs. Eigentumsnachweis), gesellschaftliche Zusammenarbeit, Implementierungszeit und Kosten umfasst. Auch wenn die Quantenbedrohung noch fern ist, muss Bitcoin jetzt mit der Entwicklung eines unumkehrbaren Migrationsfahrplans beginnen. Obwohl die Quantenbedrohung real ist, würde eine überstürzte, umfassende Umstellung größere reale Risiken mit sich bringen. Viele derzeitige quantenresistente Algorithmen haben erhebliche Performance-Kosten, sind komplex in der Implementierung und wurden in der Vergangenheit sogar von klassischen Algorithmen gebrochen (wie Rainbow, SIKE). Beispielsweise sind die derzeitigen Mainstream-Post-Quantum-Signaturen wie ML-DSA und Falcon um ein Vielfaches, teils um das Hundertfache größer als aktuelle Signaturen und anfällig für Seitenkanalangriffe, Schwachstellen bei Gleitkommazahlen oder Parameterfehler, die zum Schlüsselverlust führen können. Daher sollte die Blockchain nicht blind migrieren, sondern eine stufenweise, mehrgleisige und austauschbare Architekturstrategie verfolgen: Für langfristig vertrauliche Kommunikation sollte hybride Verschlüsselung (post-quantum + klassisch) eingesetzt werden; in Szenarien, in denen keine häufigen Signaturen erforderlich sind (Firmware-, Systemupdates), sollten frühzeitig Hash-basierte Signatursysteme verwendet werden; auf der Public-Chain-Ebene sollte Planung und Forschung im Einklang mit dem Internet-PKI vorsichtig vorangetrieben werden; durch Account Abstraction oder modulare Designs sollte das zukünftige Upgrade von Signatursystemen ermöglicht werden, ohne die On-Chain-Identität und die Historie der Vermögenswerte zu beeinträchtigen. [Originaltext auf Englisch]